文档介绍：Zhuangbeiyingyong yu Yanjiu◆装备应用与研究
有限元分析方法在制药机械设计中的应用
宿光
(北京航空制造工程研究所,北京 100024)
摘要:介绍了有限元分析方法的原理及应用,举例说明了有限元方法在某湿法混合制粒机搅拌桨和搅拌筒结构
设计中的应用,并结合结构变形实例讲述了求解有限元分析结果近似真实值的途径。
关键词:有限元;制药机械;结构;变形
随着科学技术的发展,人们对工程和产品的设计体进行必要的简化,再将弹性体划分为有限个单元组
和使用要求越来越高,传统的理论知识已不能完全解成的离散体。单元之间通过节点相连接。由单元、节
决在设计过程中遇到的所有问题,而有限元分析方法点、节点连线构成的集合称为网格。
给设计者们提供了一个良好的工具。(2)单元分析。将单元的节点位移作为基本变量,
进行单元分析首先要为单元内部的位移确定一个近似
有限元分析方法
1 表达式,然后计算单元的应变、应力,再建立单元中节
点力与节点位移的关系式。
有限元分析软件
(3)整体分析。对由各个单元组成的整体进行分析,
近30年来,计算机计算能力的飞速提高和数值计建立节点外载荷与节点位移的关系,以解出节点位移,
算技术的长足进步,诞生了商业化的有限元数值分析这个过程称为整体分析。
软件,并发展成为一门专门的学科———计算机辅助工
程(CAE)。这些商品化的CAE软件具有越来越人性化 2 有限元分析方法在某湿法混合制粒机结构分
的操作界面和易用性,使这一工具的使用者由学校或析中的应用
研究所的专业人员逐步扩展到企业的产品设计人员或
分析人员,当前流行的商业化CAE软件有很多种,虽然对搅拌桨进行变形分析
软件种类繁多,但万变不离其宗,其核心求解方法都是搅拌桨是湿法混合制粒机中的关键部件,其功能
有限单元法, 也简称为有限元法(Finite Element 决定了它的结构较复杂,桨叶表面由多个面组成,厚度
Method)。目前,有限元分析方法已广泛应用到航空航随着与旋转中心的距离而变化。生产工艺要求在设备
天、汽车、制造、电子、生物等领域。工作过程中搅拌桨与锅壁的底面和侧面保持一定距
有限元方法基本原理及计算步骤离,所以搅拌桨在工作中的变形(即搅拌桨刚度)成为
基本原理设计过程中至关重要的问题。
有限元法的基本原理:将连续系统分割成有限个显然用理论力学和材料力学等知识很难解决上述
分区或单元,对每个单元提出一个近似解,再将所有单问题,我们采用有限元方法对工作状态中的桨叶进行
元按标准方法加以组合,从而形成原有系统的一个数分析,经过三维建模、网格划分和分析计算等步骤,得
值近似系统,也就是形成相应的数值模型。出了图1所示的对搅拌桨施加工作载荷后的变形图。
计算步骤从图1可知,在工作载荷下,最大的变形出现在桨叶顶
(1)网格划分。有限元法的基本做法是用有限个单部, mm,不满足设计要求。经过对
元体的集合来代替原有的连续体。因此首先要对弹性搅拌桨进行刚度增强、有限元分析等几个循环后,搅拌
机电信息 2010 年第 2 期总第 248 期 33
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